本发明属于海洋溢油污染检测技术领域，尤其涉及一种可定量测定溢油油膜厚度的采样工具。
背景技术：
在全球性海上运输业及海洋石油开采业迅速发展的同时，海上溢油污染事故的发生也越来越频繁。海上溢油污染事故不仅给世界海洋生态环境带来了严重的危害，也使人类的生存环境受到了严重威胁。更重要的是这些污染损害事故造成了巨大经济损失。如何客观、公正、科学地评估这些损失，尽快处理溢油事故，保护事故双方的合法权益，已经越来越受到人们的关注。虽然溢油事故规模分级涉及的因素较多，如溢油位置的敏感性、油品特性、海洋状况等。但这些均属于定性方面的因素。而溢油量却可以用数值具体表示大小，因此常按照溢油量多少来划分事故等级，如英国，对溢油的影响评价中主要以溢油量大小作为评价参数进行定级，将溢油对环境可能造成的影响从“极小”到“重大”划分为6个等级，根据不同的影响程度对应不同的相应措施。海洋溢油发生后，比较准确获得溢油量是评估溢油规模和生态损失的前提。
目前通常采用的溢油量估算方法是用油膜面积乘油膜厚度的方法估算。由于缺乏油膜厚度现场监测技术和设备，油膜厚度只能由溢油颜色换算。用颜色换算溢油厚度的观测方法存在着很大的局限性，当溢油厚度大于2mm时，即无法对油污进行有效的厚度观测。而溢油事故初期或溢油点附近海域的溢油油污厚度往往是大于2mm。因此，传统的采用油膜颜色换算溢油厚度的估算方法很难对溢油初期和溢油点附近的溢油量进行准确估算。而溢油事故发生初期的溢油量及其分布状况，是溢油应急处置的关键信息，对合理配置应急处置力量，及时采取应急措施控制溢油灾害有着致关重要的作用。并且，较准确的溢油量估算对估算溢油灾害生态损害价值和确定生态索赔额度的重要依据。因此，油污厚度现场监测技术研究对溢油灾害预警及生态损害索赔具有重要意义。为提高溢油量估算的可靠性，研发油污厚度现场监测技术和油污采样工具显得十分必要。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可定量测定溢油油膜厚度的采样工具，以准确地测定溢油油膜厚度，提高对较厚油膜和油膜厚度为2mm以上的溢油海域的监测精度，为及时、精确地估算入海溢油量提供重要依据，为溢油灾害预警和应急管理提供技术支撑。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种可定量测定溢油油膜厚度的采样工具，包括握杆、筛网和筛网架，所述筛网为箕状，筛网的网眼孔径为0.1mm～1mm，所述筛网固设于筛网架上，筛网沿着筛网架的边缘与筛网架连接，筛网和筛网架之间所形成的间隙不大于筛网的网眼，所述筛网架设于握杆的一端上，筛网架的面积为30～45cm×25～35cm，所述握杆与筛网架所在平面的夹角为45°。
表面张力和黏度是液体的固有特性，前者是存在于气液界面上的一种张力，后者是对流体黏滞性的一种度量。液体接触孔径足够小的筛网后，受表面张力和黏度的双重作用，会有一定量的液体滞留在筛网表面。表面张力越大、黏度越大的液体，越容易滞留于筛网表面。合理调节筛网孔径大小，可起到分离黏度差异较大的两种液体的效果。本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具的设计原理为：利用油品比重较轻、黏度和表面张力比海水大的特性，采用一定孔径的筛网滞留油品，漏除海水，实现对海面油污样品的采集。研究人员经反复试验，优化了采样工具结构设计，提高了采样工具的可操作性和油水分离效率。本发明中，将筛网设计为箕状，可很好的盛装采集好的原油样品。筛网架的面积决定了采样面积。从减小采样筛网的边角效应、提高样品代表性的角度看，筛网架的面积越大，所采样品的代表性会越好。但是，筛网架面积越大，采样器越难以控制，可操作性越差。经过反复实验，筛网架的面积规格确定为30～45cm×25～35cm，以提高所采集样品的代表性，并保证采样器的可操作性。此外，试验表明，筛网的网眼孔径为3mm以下的筛网可采集重质原油，海面风化的油污可用更大孔径的筛网采集，筛网的网眼孔径为2mm以下的筛网对原油都有较好的采集效果，且筛网的网眼孔径越小，采集效果越好。然而随着筛网孔径减小，滤水速度降低，漏除海水的效果越来越差，当用300目的筛网（孔径约0.05mm）采集样品时，其阻水作用明显，制作的采样器对表层油膜扰动过大，严重影响对海面油膜厚度的估算准确度。将握杆与采样平面的角度设计为45°，可保障在船舷采样时，用45°覆角采样，采样平面保持水平，垂直截取一定面积的油膜样品。
实验结果表明，本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具能对油膜厚度为1mm～50mm的海面油污进行定量采样并测量其厚度，厚度误差不大于10%，大幅度提高了对海面超厚油污的观测精度，对精确估算溢油量和溢油应急处置具有重要意义。此外，本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具结构简单、使用和携带方便。
进一步地，试验表明，所述筛网最适宜的网眼孔径为0.5mm～1.0mm，当筛网网眼孔径为0.5mm～1.0mm时，不仅对原油的采集效果好，而且对表层油膜扰动小，对海面油膜厚度的估算准确度高。
进一步地，所述握杆可伸缩，以便于根据采样现场的需要，调节握杆的长短。
进一步地，所述筛网和筛网架为不锈钢或铁质，以避免有机材质组分的溶出对油品的采样污染。
进一步地，所述握杆为直径3cm的铝合金管或不锈钢管，以方便手握和采样操作，铝合金管或不锈钢管可避免有机材质组分的溶出对油品的采样污染。
进一步地，所述筛网架可以为矩形或圆形等，将筛网架设计为矩形或圆形的目的是方便计算采样面积。
进一步地，所述筛网架的面积为30cm×25cm或35cm×25cm或45cm×35cm，以提高所采集样品的代表性，并保证采样器的可操作性。
进一步地，所述筛网的网眼可以为圆形、椭圆形、矩形或菱形等。
本发明的另一目的是提供一种采用上述可定量测定溢油油膜厚度的采样工具测量海洋油膜厚度的方法，其包括以下步骤：
（1）测定筛网架的面积为s；
（2）称量本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具的质量，记作m1；
（3）调整握杆至适宜的长短，将筛网和筛网架伸至油污下面，向上缓缓地将筛网架拉起，整个过程要保持采样框平稳、不倾斜；
（4）采集好样品后，称量所采集的油污和本发明的采样工具的总重，记作m2，则所采集的油污的质量为m2-m1；
（5）测定所采集油污的密度为ρ；
（6）计算油膜的厚度，油膜厚度为（m2-m1）/ρs。
上述测定油膜厚度方法的测定原理是，测定所采集油污的质量和密度后，即可确定所采集油污的体积，根据油污的体积和所采集油污的面积，即可计算出油膜的厚度，本发明的测定油膜厚度的方法简单易行，准确率高。
本发明的另一目的是提供一种采用上述可定量测定溢油油膜厚度的采样工具测量海洋油膜厚度的方法，其包括以下步骤：
（1）测定筛网架的面积为s；
（2）调整握杆至适宜的长短，将筛网和筛网架伸至油污下面，向上缓缓地将筛网架拉起，整个过程要保持采样框平稳、不倾斜；
（3）采集好样品后，称量所采集的油污的体积，记作v；
（4）计算油膜的厚度，油膜厚度为v/s。
上述测定油膜厚度方法的测定原理是，测定所采集油污的体积和所采集样方的面积，根据油污的体积和所采集油污的面积，即可计算出油膜的厚度，本发明的测定油膜厚度的方法简单易行，准确率高。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具能对油膜厚度为1mm～50mm的海面油污进行定量采样并测量其厚度，厚度误差不大于10%，大幅度提高了对较厚油膜和油膜厚度为2mm以上的溢油海域的监测精度，为及时、精确地估算入海溢油量提供重要依据，为溢油灾害预警和应急管理提供技术支撑。
（2）本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具结构简单、使用和携带方便。
（3）本发明的测定油膜厚度的方法简单易行，准确率高，而且无需利用光线，受天气影响较小。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
其中，1-握杆；2-筛网；3-筛网架。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种可定量测定溢油油膜厚度的采样工具，包括握杆1、筛网2和筛网架3，所述筛网2为箕状，筛网的网眼孔径为0.1mm，所述筛网固设于筛网架上，筛网沿着筛网架的边缘与筛网架连接，筛网和筛网架之间所形成的间隙不大于筛网的网眼，所述筛网架设于握杆的一端上，筛网架的面积为30cm×25cm，所述握杆与筛网架所在平面的夹角为45°。所述筛网的网眼可以为圆形、椭圆形、矩形或菱形等。所述筛网和筛网架为不锈钢或铁质，以避免有机材质组分的溶出对油品的采样污染。
进一步地，本实施例中，所述握杆1为直径3cm的铝合金管或不锈钢管，以方便手握和采样操作，铝合金管或不锈钢管可避免有机材质组分的溶出对油品的采样污染。所述握杆1可伸缩，以便于根据采样现场的需要，调节握杆的长短。
表面张力和黏度是液体的固有特性，前者是存在于气液界面上的一种张力，后者是对流体黏滞性的一种度量。液体接触孔径足够小的筛网后，受表面张力和黏度的双重作用，会有一定量的液体滞留在筛网表面。表面张力越大、黏度越大的液体，越容易滞留于筛网表面。合理调节筛网孔径大小，可起到分离黏度差异较大的两种液体的效果。本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具的设计原理为：利用油品比重较轻、黏度和表面张力比海水大的特性，采用一定孔径的筛网滞留油品，漏除海水，实现对海面油污样品的采集。研究人员经反复试验，优化了采样工具结构设计，提高了采样工具的可操作性和油水分离效率。本发明中，将筛网设计为箕状，可很好的盛装采集好的原油样品。筛网架的面积决定了采样面积。从减小采样筛网的边角效应、提高样品代表性的角度看，筛网架的面积越大，所采样品的代表性会越好。但是，筛网架面积越大，采样器越难以控制，可操作性越差。经过反复实验，筛网架的面积规格确定为30～45cm×25～35cm，以提高所采集样品的代表性，并保证采样器的可操作性。此外，试验表明，筛网的网眼孔径为3mm以下的筛网可采集重质原油，海面风化的油污可用更大孔径的筛网采集，筛网的网眼孔径为2mm以下的筛网对原油都有较好的采集效果，且筛网的网眼孔径越小，采集效果越好。然而随着筛网孔径减小，滤水速度降低，漏除海水的效果越来越差，当用300目的筛网（孔径约0.05mm）采集样品时，其阻水作用明显，制作的采样器对表层油膜扰动过大，严重影响对海面油膜厚度的估算准确度。将握杆与采样平面的角度设计为45°，可保障在船舷采样时，用45°覆角采样，采样平面保持水平，垂直截取一定面积的油膜样品。
实验结果表明，本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具能对油膜厚度为1mm～50mm的海面油污进行定量采样并测量其厚度，厚度误差不大于10%，大幅度提高了对海面超厚油污的观测精度，对精确估算溢油量和溢油应急处置具有重要意义。此外，本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具结构简单、使用和携带方便。
采用本发明的采样工具测量海洋油膜厚度的方法如下：
（1）测定筛网架的面积为s；
（2）称量本发明的可定量测定溢油油膜厚度的采样工具的质量，记作m1；
（3）调整握杆至适宜的长短，将筛网和筛网架伸至油污下面，向上缓缓地将筛网架拉起，整个过程要保持采样框平稳、不倾斜；
（4）采集好样品后，称量所采集的油污和本发明的采样工具的总重，记作m2，则所采集的油污的质量为m2-m1；
（5）测定所采集油污的密度为ρ；
（6）计算油膜的厚度，油膜厚度为（m2-m1）/ρs。
也可采用以下方法测量海洋油膜厚度：
（1）测定筛网架的面积为s；
（2）调整握杆至适宜的长短，将筛网和筛网架伸至油污下面，向上缓缓地将筛网架拉起，整个过程要保持采样框平稳、不倾斜；
（3）采集好样品后，称量所采集的油污的体积，记作v；
（4）计算油膜的厚度，油膜厚度为v/s。
上述测定油膜厚度方法的测定原理是，测定所采集油污的体积和所采集样方的面积，根据油污的体积和所采集油污的面积，即可计算出油膜的厚度，本发明的测定油膜厚度的方法简单易行，准确率高。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上作了进一步的改进：
所述筛网最适宜的网眼孔径为0.5mm，所述筛网架为矩形，筛网架的面积为35cm×25cm。不仅提高了所采集样品的代表性，而且保证采样器的可操作性。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上作了进一步的改进：
所述筛网最适宜的网眼孔径为1.0mm，所述筛网架为矩形，筛网架的面积为45cm×35cm。不仅提高了所采集样品的代表性，而且保证采样器的可操作性。
此外，筛网架还可以为正方形或圆形等，以方便计算采样面积。
使用本发明的采样工具在蓬莱19-3油田溢油现场做过实验，实验证明该方式监测海面油污（较厚油膜）是有效的，实现对表层油污厚度的精确监测是完全可行的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。